多传感器的信息融合（精选7篇）
多传感器的信息融合 篇1
多传感器信息融合技术的研究与进展
本文通过对多传感器信息融合技术近年来国内外研究成果的总结,阐述了信息融合技术研究的.发展历程.首先对信息融合的概念和通用处理模型进行了介绍,然后按照信息融合技术研究的三个主要方面,即信息融合的系统结构、信息融合的应用领域和信息融合的算法,分别探讨了信息融合技术的发展现状和面临的问题,最后对信息融合的未来研究趋势进行了展望.
作 者：郭惠勇 作者单位：西安交通大学建筑工程和力学学院,西安,710049刊 名：中国科学基金 ISTIC PKU英文刊名：BULLETIN OF NATIONAL NATURAL SCIENCE FOUNDATION OF CHINA年，卷(期)：19(1)分类号：N1关键词：多传感器 信息融合 系统结构
多传感器的信息融合 篇2
本研究针对多模型多传感器系统, 基于标量加权的最优信息融合算法, 给出了一种分布式标量加权最优信息融合Kalman滤波器。在融合中心只需要计算加权标量系数, 避免了加权矩阵的计算, 也避免了集中式估计要求大量观测数据的输入和在融合中心进行大量的滤波计算, 因而可减小在融合中心的计算负担。由于采用分布式的结构, 某些传感器出现故障, 可由剩余的传感器继续融合估计, 避免了集中式估计由于某个传感器出现故障而使整个系统不能工作的缺点, 所以它具有可靠性。
1 标量加权线性最小方差最优信息融合准则
新近文献[5]给出了一种标量加权融合算法, 与一般的矩阵加权相比, 它是一种次优融合准则, 但由于它只需计算加权标量系数, 避免了计算加权矩阵, 从而减小了计算量。特别是当系统状态维数较高时, 可明显减小计算负担。且仍能在总体上改善每个局部估计, 因而它具有工程应用价值。
引理1设为对n维随机向量z的L个无偏估计, 记估计误差为 (i≠j) 相关, 误差方差和互协方差阵分别为Pi2和P2ij, 则标量加权最优 (线性最小方差) 信息融合无偏估计为:
其中最优融合标量系数āi (i=1, 2, …, L) 如下计算:
其中向量ā=[ā1, ā2, …, āL]T, e=[1, 1, …1]T, 矩阵A= (tr P2ij) (i=1, 2, …, L) 相应的最优信息融合估计的误差方差阵为:
且有关tr P02≤tr Pi2, i=1, 2, …, L。
推论1当估计误差不相关时, 即P2ij (i≠j) , 则标量加权最优融合估计为式 (1) , 其中最优系数为:
相应的最小融合方差阵为:
2 多模型多传感器标量加权最优信息融合Kalman滤波器
考虑带L个传感器的多模型离散随机系统
其中:xi (t) ∈Rni为第i个子系统的状态, yi (t) ∈Rmi为第i个子系统的观测, 白噪声w (t) ∈Rri, vi (t) ∈Rmi分别为第i个子系统的系统噪声和观测噪声, Φi, Γi, Hi, Ci为适当维数的常阵。z (t) ∈Rn是待估计的状态向量, 它通常为xi (t) (i=1, 2, …, L) 的公共状态分量所构成的向量, 且n≤min{ni, i=1, 2, …, L}。
假设1 wi (t) 和vi (t) (i=1, 2, …, L) vi (t) 是带零均值的相关白噪声, 即:
其中δtk是Kronecker delta函数。且∑ij∑i。
假设2初始状态xi (0) 与白噪声wj (t) 和vj (t) (i=1, 2, …, L) 相互独立, 且
本研究目标是基于观测 (yi (t) , yi (t-1) , …yi (1) ) (i=1, 2, …, L) , 寻求最优标量权重āi (t) (i=1, 2, …, L) , 最后求得状态向量z (t) 的标量加权最优 (线性最小方差) 信息融合Kalman滤波器。
引理2多模型多传感器系统 (6) , (7) 在假设1, 2下, 第i个子系统有最优Kalman滤波器
其中:为第i个子系统的滤波估计, kfi (t) 为滤波增益, Pix (t+1|t+1) 为滤波误差方差阵。
定理1多模型多传感器系统 (6) , (7) 在假设1, 2下, 第i个与第j个子系统之间有如下递推的Kalman滤波误差互协方差阵
其中:Pxij (t|t) , i, j=1, 2, …, L, i≠j为第i个与第j个子系统之间的滤波误差互协方差阵, 初值为Pxij (0|0) =0。
证:由Kalman滤波器有第i个子系统滤波误差为:
代入上得:
又因为:
将 (19) 式代入 (20) 式, 因为, 所以
, i, j=1, 2, …, L记号⊥表示正交, 则可引出 (17) 式成立。证毕。
定理2多模型多传感器系统 (6) ~ (8) 在假设1, 2下, 有最优标量加权信息融合Kalman滤波器
其中:标量加权系数āi (t) (i=1, 2, …, L) 由引理1中的 (2) 式求, 且最小融合方差由 (3) 式计算, 基于第i个子系统的局部滤波器zi (t|t) 和局部滤波误差互协方差阵Pzij (t|t) 由下式计算:
其中i=j时, 即为滤波误差方差阵Piz (t|t) 。第i个子系统的滤波器, 局部滤波误差方差阵Piz (t|t) 和互协方差阵Pzij (t|t) , i≠j, 分别由 (11) , (16) , (17) 式计算。
证:对 (8) 式两边同时取在线性流形 ( (L (yi (t) yi (t-1) , …, yi (L) ) ) 上的射影运算引出式 (22) 。再由 (8) 和 (22) 引出 (23) 成立。证毕。
3 仿真研究
考虑3模型3传感器跟踪系统
其中:T为采样周期, 状态s (t) , 分别为目标在时刻t T的位置、速度和加速度。假设wi (t) 和vi (t) (i=1, 2, 3) 是相关高斯白噪声, 且满足如下关系:
w1 (t) =λ1w (t) , w2 (t) =λ2w (t) , w3 (t) =λ3w (t) , vi (t) =γiw (t) +ξi (t) , i=1, 2, 3.已知w (t) 是带零均值、方差为Qw的高斯白噪声。ξi (t) (i=1, 2, 3) 是带零均值、方差各为Qξi (i=1, 2, 3) 的独立的高斯白噪声, 且独立于w (t) 。在仿真中取采样周期T=0.1, , Qw=1, Qξ1=1, Qξ2=2, Qξ3=0.5, H1[1 0], H2[1 1], H3[1 0 0], λ1=0.9, λ2=0.95, λ3=0.013, γ1=0.5, γ2=0.8, γ3=0.9取200个采样数据。
仿真结果如下图所示。
在图1中的实线代滤波融合误差曲线, 其他三条虚线分别代表各子系统滤波误差曲线。由图可看出融合误差明显小于单个估计误差。图2中实现亦代表滤波融合估计曲线, 虚线代表子系统滤波估计曲线[6]。
4 结论
在实际应用中, 单传感器往往存在着不稳定性, 而多传感器则可以克服这些不足。本文对多模型多传感器给出了一种分布式标量加权的最优信息融合Kalman滤波器, 给出了局部子系统之间的滤波误差互协方差阵的计算公式。通过实验仿真可看出融合估计曲线位于中间部分, 代表融合估计综合了各子系统的估计信息, 验证了融合算法的有效性。
参考文献
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多传感器信息融合技术探析 篇3
关键词：多传感器系统；信息融合；功能模型；发展趋势
中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 01-0000-02
Analysis of Multi-sensor Information Fusion Technology
Tan Lin
(Military Command Information of the Department of Shandong Province,Jinan250099,China)
Abstract:Multi-sensor information fusion is a multidisciplinary involving signal processing,information theory,artificial intelligence,fuzzy mathematics theory has been widely used in military and civilian fields.This paper introduces the concept of multi-sensor information fusion,describes the functional model of multi-sensor information fusion,methods and applications,and their development trends are analyzed.
Keywords:Multi-sensor system;Information fusion;Functional model;Development trends
一、概念
多传感器信息融合，又称多源信息融合，是用于包含多个或多类传感器或信息源的系统的一种信息处理方法。目前，关于多传感器信息融合的定义有多种描述方式，其中，应用比较典型且应用比较广泛的是Walz和JDL的定义。Walz将其定义为通过对多个传感器产生的数据或信息进行检测、组合估计、关联等多级操作，从而得到关于观测环境或目标的精确状态、身份估计以及完整、及时的态势评估的过程。JDL将其定义为对多源数据或信息进行关联组合，以估计或预测观测环境或目标相关状态的过程。无论怎样定义，基本原理都是充分利用多源系统中各信息源所提供的信息的不同特征，按照某种优化准则，将这些互补冗余的信息进行重新组合、关联，从而产生对观测目标或环境的一致性解释和描述。多传感器信息融合通过对各种分离的观测信息进行优化组合，从而导出更多的有效信息，以达到利用多个信源协同工作的优势来系统整体效能的最终目的。
二、功能模型和主要方法
（一）功能模型
根据输入信息的抽象层次，多传感器信息融合可以分为信源、预处理、检测级融合、位置级融合、目标识别融合（特征级融合）、状态级融合（态势估计）、威胁估计和精细处理。如下图所示。
1.信源主要有红外、雷达、ESM、声纳、敌我识别器、通信情报、电子情报、侦察情报等。
2.信源预处理，是指根据信息特征和属性、传感器种类、观测时间等各种基本信息，对多源信息进行分选、误差补偿、过程分配、像素级或信号级数据关联等。主要目的是降低系统需要处理的数据量，避免系统过载，提高系统性能。
3.检测级融合是第一级融合，属于信号处理级的融合。它根据预先设定的检测准则形成最优化检测门限，从而产生最终的检测输出。其结构主要有五种：分散式结构、树状结构、串行结构、并行结构和带反馈的并行结构。
4.位置级融合是第二级融合，它通过综合来自多传感器的关于同一观测目标的时间和空间等信息，建立该观测目标的航迹，并得出观测目标的行进速度和位置等信息，主要包括空间融合、时间融合和时空融合。具体过程主要有数据校准、数据关联、目标跟踪、状态估计、航迹关联、估计融合等。其结构主要有集中式结构、分布式结构、混合式结构和多级式结构。
5.目标识别融合，也叫属性分类或身份估计，属于第三级融合，是指通过组合来自多个传感器的关于观测目标的识别属性或数据，得到关于观测目标身份的联合估计。根据融合时所应用的关于观测目标的信息层次，该级融合可以分为数据级融合、特征级融合和决策级融合三种方法。
6.态势估计，属于第四级融合，他通过对战斗力量部署及其变化情况进行评价，估计敌方兵力结构和部署特点，推断敌方意图，并最终形成战场综合态势图，从而为最优决策提供依据。主要包括：提取进行行为估计要考虑的各要素，为态势推理做准备；分析并确定事件发生的深层次原因；根据以往时刻发生的事件，预测将来时刻可能发生的事件；形成战场态势分析报告和综合态势图，为指挥员提供辅助决策信息。
7.威胁估计，属于第五级融合，它是基于当前态势，包括敌方杀伤能力、行为企图、机动能力和运行模式等各种先验知识，估计出对未来一段时间内敌方威胁、我方薄弱点以及战争行动发生的程度或严重性，并作出相应指示与告警。主要包括：估计潜在事件；判断威胁时机；估计/聚类作战能力；进行多视图评估；预测敌方意图等。
8.精细处理，属于第六级融合，主要包括传感器管理、信源要求、融合控制要求、性能评估和任务管理等。
9.数据库处理，主要包括两种数据库：融合数据库和支持数据库。前者主要包括目标位置数据库、身份数据库、威胁估计数据库、态势估计数据库等，后者主要包括观测数据库、环境数据库、档案任务数据库、技术数据库、算法数据库、条令数据库等。
（二）主要方法
多传感器信息融合的目标是通过对各信源的观测信息进行优化组合，以期得到对观测环境或目标的一致性描述和解释。因此，信息融合面临的一个最基本的问题就是如何处理来自各传感器的信息的多样性、复杂性和不确定性。目前，能够应用于多传感器数据融合的方法可以分为为随机类方法和人工智能方法两大类。随机类方法主要有统计决策理论、D-S证据推理、产生式规则、多贝叶斯估计法、Kalman滤波等；而人工智能类方法主加权平均法、要包括专家系统、人工神经网络、模糊逻辑理论、粗糙集理论等。其中，加权平均法和Kalman滤波融合方法主要应用于动态环境中的低层次数据融合，统计决策理论、贝叶斯估计法、D-S证据推理、模糊逻辑理论主要应用于静态环境中的高层次数据融合，粗糙集理论、产生式规则方法适用于动态或静态环境中的高层次数据融合，而人工神经网络则可以应用于动态或静态环境中的各层次数据融合。
由于各类方法具有互补性，因此，在实际应用中，通常将多种方法组合运用，如粗糙集神经网络方法、模糊神经网络方法等，以提高融合的精度和效率。
三、主要应用和发展趋势
信息融合理论和技术最早起源并应用于军事领域，随后随着该理论和技术的推广，信息融合已被广泛应用于民事和军事领域中。民事应用主要包括：工业过程监视、工业机器人、智能制造系统、遥感、患者照顾系统、船舶避碰与交通管制系统、空中交通管制、智能驾驶系统、网络入侵监测系统、火灾报警、数字旅游、金融信息融合等。军事应用包括从单兵作战、单平台武器系统到战术和战略指挥、控制、通信、监视和侦察等广阔领域，具体应用范围包括：采用多元的自主武器系统和自备式运载器；采用单一武器平台或分布式多源网络系统的广域监视系统；采用多个传感器进行截获、跟踪和指令制导的火控系统；情报收集系统；敌情指示和预警系统；军事力量的指挥和控制站；弹导导弹防御中的BMC3I系统；协同作战能力、网络中心战、C4ISR、地面/海面/空中单一态势图等复杂系统中的应用。
尽管多传感器信息融合技术已经取得了很大的发展，但仍有很多应用需要进一步研究和探索，主要有以下几个方面：（1）复杂环境下信息融合，主要包括复杂环境下的分布检测融合研究、复杂电磁环境下的目标跟踪算法研究、复杂目标运动环境下的多源融合跟踪研究等；（2）无线传感器组网信息融合研究，主要包括机会信息融合问题、传感器优化管理问题等；（3）信号融合理论研究，主要包括稳定信号特征提取和建立、数据融合和信号融合的联和优化问题以及信号的关联性和一致性问题等；（4）图像融合研究，主要包括图像融合评价体系的构建、基于遥感图像融合的三维成像技术研究、图像融合系统的实时处理等；（5）其他内容，如空间信息融合、面向通用知识的融合、信息融合中的智能数据库技术和精细化处理研究等。
参考文献：
[1]何友,王国宏,关欣.信息融合理论及应用[M].北京:电子工业出版社,2010,3
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[3]丁锋,姜秋喜,张楠.多传感器数据融合发展评述及展望[J].舰船电子对抗,2007,6
[4]杨露菁,耿伯英.多传感器数据融合手册[M].北京:电子工业出版社,2008,5
多传感器的信息融合 篇4
利用模糊理论解决不确定性问题的优点,将其应用于数据融合系统;根据模糊控制数据融合模型,对模型中涉及到的容错处理、时空对准问题进行研究;分析了模糊理论在融合算法中的.处理过程;并根据不同的对应情况加以讨论说明;最后通过仿真检验分析,证明该融合系统能有效地提高测量数据精度.
作 者：周中良 于雷 敬军 ZHOU Zhong-liang YU Lei JING Jun 作者单位：周中良,ZHOU Zhong-liang(空军工程大学工程学院,西安,710038)
于雷,YU Lei(空军工程大学工程学院,西安,710038;西北工业大学,西安,710072)
敬军,JING Jun(空军驻京丰地区代表室,北京,100063)
多传感器的信息融合 篇5
卫星多敏感器组合姿态确定系统中的信息融合方法研究
针对卫星陀螺/红外地平仪/太阳敏感器/GPS接收机组合姿态确定系统的特点,提出一种基于联邦卡尔曼滤波算法的信息融合方法,其中信息分配系数通过计算协方差矩阵的迹在线自适应确定.推导了由四元素描述的`卫星姿态误差状态方程和各子系统的测量方程.仿真分析结果表明采用该信息融合算法可以提高定姿精度,有效抑制滤波发散,并使整个系统的运算速度和收敛速度都有所提高.
作 者：张春青 李勇 刘良栋 ZHANG Chun-Qing LI Yong LIU Liang-dong 作者单位：北京控制工程研究所,北京,100080刊 名：宇航学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS年，卷(期)：26(3)分类号：V848关键词：信息融合 联邦滤波 组合定姿
多传感器的信息融合 篇6
我国是一个以汉族为主体的统一的多民族国家，各民族在历史和文化上虽然发展程度不同，但是互相联系、互相影响，对共同发展、共同缔造伟大的中国，都有重要的贡献。各族人民在政治、经济、文化上的密切联系，友好往来，共同建设祖国。共同反抗压迫和外来侵略，构成我国古代民族关系的主要内容。
中国古代对外交往的频繁时期，大都发生在统治时间较长的汉、唐、宋、元、明、清(鸦片战争前)等时期。我国古代人民爱好和平、崇尚友好，所以同外国交往的主流是和平友好交往。建国以后，我国的对外关系在曲折中取得了长足进展。民族问题是历史复习的重点和热点课题之一
复习目标
知识目标
我国古代对边疆地区的管辖;古代少数民族的历史发展;古代民族融合与古代人口迁徙;我国古代民族关系的特点。
能力目标
1、把握中华民族的历史形成过程，认识各民族的历史作用;归纳、概括中国古代民族关系的表现形态和古代人口迁移、流动的规律、原因及影响;
2、理解中华民族的历史是由中国古代各族人民共同创造的，各族人民为统一的多民族国家的巩固与发展作出了贡献。
3、统一的历史进程中要注意中央政府对边疆地区的开发与管理。
重点、难点、
计划课时：二 课时
复习过程：
专题知识归纳
1、我国古代对边疆地区的管辖
1)、东北
(1)隋唐：唐玄宗在黑水靺鞨地区设置都督府，任命其首领做都督;开元初，封粟末靺鞨首领大祚荣为渤海郡王，从此，渤海也正式划入唐朝版图。
(2)宋元：为加强中央集权，元朝实行行省制度，在东北地区设辽阳行省。
(3)明清：明朝在东北地区设奴尔干都司;清朝在东北设立黑龙江、吉林、盛京三个将
辖区;为了抗击沙俄的入侵，康熙帝率军大败俄军于雅克萨，双方签订了《尼布楚条约》，它从法律上肯定了黑龙江和乌苏里江流域包括库页岛在内的广大地区都是中国领土。
2)、西北
(1)秦汉：公元前60年，西汉设西域都护，管理西域，西域都护的设置，标志着西域开始归属中央政权;东汉时，重设西域。
(2)隋唐：唐太宗在东突原地区设都督府，仍以突厥贵族为都督、将军;在西突厥地区，置安西都护府，武则天又置北庭都护府。
(3)宋元：元朝时，设甘肃行省。
(4)明清：乾隆帝平定准噶尔叛乱后，在乌里雅苏台设将军;在平定大小和卓叛乱后，设伊犁将军，统管包括巴尔喀什湖在内的整个新疆地区。
3)、西南
(1) 秦汉：汉武帝时，在西南的少数民族--“西南夷”地区设郡。
(2)隋唐：唐玄宗册封南沼首领皮罗阁为云南王。
(3)宋元：元朝时，设四川、云南行省，在中央设宣政院，管辖西藏地区，同时，在西南少数民族地区实行土司制度。
(4)明清：明朝在乌思藏设立卫所，任用藏族人担当各级官吏，在西藏还建立僧官制度，对各教派首领酌情封赐;雍正时期，清朝派驻藏大臣，代表中央政府同、**共同管理西藏事务，驻藏大臣的设置，标志清朝中央政府对西藏管辖的加强。明朝在西南少数民族地区实行土司制度，永乐年间开始部分“改土归流;康熙年间，平定“三藩之乱”后，大规模推行“改土归流”。
4)、台湾
(1)三国：230年，孙权曾派卫温等率军到达夷洲。
(2)隋唐：隋炀帝三次派人去流求。
(3)宋元：元朝在澎湖列岛设立了巡检司，管辖澎湖和琉球，大大密切了台湾岛和大陆的关系。
(4)明清：1662年，郑成功收复台湾，台湾回到祖国怀抱，1684年，清设台湾府，隶属福建省，台湾府的设置，加强了台湾同祖国大陆的联系，促进了台湾的开发，巩固了祖国的海防。
3、中国古代的民族融合
1)、概念
是指两个或者两个以上的民族融为一体，各自的民族特征自然消失(至少是大部分消失)或者形成一个新的民族。
2)、途径
①、友好往来：民族间的经济文化交流，一直是民族关系的主流，也是民族融合的基本途径。无论在和平年代还是在战乱时期，这种交流从未间断过。
②、联合斗争：各族人民共同反抗压迫、反抗剥削的斗争。如西晋末年的北方流民起义，联合反对西晋统治者的压迫。
③、民族迁徒：少数民族迁往中原或是汉族人来到边疆，都使得民族间的隔阂减少。例如秦始皇在打败匈奴后，大量移民到河套地区。
④、少数民族改革：北魏孝文帝迁都洛阳以及学习汉族先进文化，使北方民族融合进程加快，为后来的隋统一全国奠定了基础。
⑤、国家统一局面：例如秦、汉、唐、元、明、清等统一王朝统治时期，我国统一多民族国家不断得到发展。
⑥、民族战争：在古代史上，也时而会爆发一些民族战争，它迫使战乱地区的人民逃往异乡躲避灾难，从而各民族间的接触增加，交往相应变多。
⑦、婚姻关系：和亲现象在古代民族交往中比比皆是，例如文成公主人藏，密切了唐蕃关系，成为汉藏两族友谊和团结的历史见证。
3)、民族融合的几次高潮
第一次：春秋战国时期，诸侯争霸，华夏族在战争中与其他少数民族接触频繁
第二次：
三国两晋南北朝时期
蜀国坚持与西南少数民族搞好关系
吴国汉族和山越族共同开发江南
东晋时，匈奴、鲜卑、羯、氏、羌族内迁
北魏统一黄河流域，民族大融合趋势出现
第三次
辽、宋、夏、金、元时期，少数民族接受汉族封建文化
元朝出现了新的民族——回族
4)、作用
提高了民族素质;促进中华民族的形成和发展;增强整个民族的凝聚力;推动经济文化的发展和繁荣。
3、中国古代人口的迁徒
1)、流向
① 、由人口稀少的荒漠草原向黄河流域迁移。其主体是北方的少数民族，如东汉以后的五族内迁;元朝的女真、蒙古人南下。
②、中原人口南迁到江淮流域。其主体是原先居住在黄河流域的汉人，如西晋末年起，北方农民南迁;五代十国时期的中原人民流落江南。
③ 、内地人口向边疆迁移。如秦朝迁50万中原人去越族地区，元统一后许多汉族人到边疆去。
④、华人外流。如唐朝有人到南洋;郑和下西洋后去南洋的人更多。
⑤、外族内流。如唐朝时信仰伊斯兰教的波斯人、阿拉伯人到我国一些地区居住。与当地人融合，元朝时形成回族。
2)、意义
①、促进了中华民族的大融合，有利于统一的多民族国家的巩固和发展。
②、有利于国内各族人民之间的经济文化交温和人口素质的提高，推动了边疆地区的开发。
③、有利于南方经济的发展，推动中国古代经济重心南移。
④、开发南洋，对世界文明发展作出贡献。
⑤、人口分布趋向合理，人口资源得到开发利用。
重点问题精讲
1、主要少数民族的发展历史
1)、少数民族的杰出首领及其活动
①、孝文帝
实行均田制，迁都洛阳，接受汉族先进文化，促进北方经济恢复，加速北方各族封建化进程和民族大融合。
②、松赞干布
7世纪前期统一青藏高原，建立强大奴隶制政权，以逻些为政治中心，与唐朝文成公主通婚，加强唐善关系。
③、耶律阿保机
统一契丹各部，提倡农业，逐步接受汉族封建文化，仿照汉字偏旁创制契丹文字。
④、元昊
建立金政权，仿唐宋建立政治制度，推行科举制，创制西夏文字。
⑤、阿骨打
建立金政权，定都会宁(宋金议和后迁都燕京，改名中都)，实行猛安谋克制，11，举兵抗辽，这是解除民族压迫的正义事业符合辽统治下各族—人民的愿望。
⑥、铁木真
统一蒙古各部，12在斡难河源召开的大会上，被推举为大汉，尊称成吉思汗，蒙古汗国建立。发动对外战争，蒙古军队向西一直打到中亚、俄罗斯，向南打到印度河海域，还不断向南进攻西夏和金。
⑦、努尔哈赤
他以赫图阿拉为据点经营30多年，用武力统一女真各部，并建立了兵农合一的八旗制度，促进了女真社会的发展。16努尔哈赤在赫图阿拉自立为汗，国号金，史称后金。后来，努尔哈赤迁都沈阳，加强对明朝的攻势。
2)、现在少数民族的祖先
①、彝族和白族：云南西北洱海一带的六诏在唐朝时被南沼统一，南沼是彝族和白族的祖先。
②、维吾尔族：原来居住在色楞格河一带的回纥，后来改名回鹘，是维吾尔族的祖先。
③、满族：靺鞨族原居东北，唐朝时分为粟末靺鞨和黑水靺鞨，黑水靺鞨后来被称为女真，建立金国，明朝时期女真的一支建州女真建立后金，后女真改名为满族，后金改为清。
④、藏族：青藏高原的吐善是藏族的祖先。
⑤、回族：元朝时大批波斯;阿拉伯人迁入中国，与汉、蒙、维吾尔族人形成新的回族。
3)、少数民族与中央政权的关系
藏族
(1)唐朝：贞观时期，文成公主人藏，同松赞干布结婚。文成公主入藏，有利于吐蕃经济、文化的发展，密切了唐蕃关系。之后，新赞普即位，必请唐天子“册命”。 8世纪初期，金城公主嫁给吐蕃赞普。9世纪中期，吐蕃同唐朝会盟，盟约有“患难相恤，暴掠不作”，史称“长庆会盟”。
(2)元朝：蒙古政权建立后，招降吐蕃。元统一后，西藏正式成为元朝的一个行政区域，属宣政院管辖。
(3)明朝：在乌思藏设立卫所，任用藏族人担当各级官吏。在西藏还建立僧官制度，对各教派首领酌情封赐，整个明代，西藏各教派势力都一心拥护中央政府。
(4)清朝：顺治帝赐予西藏喇嘛教首领五世“喇嘛”的封号，康熙帝赐予喇嘛教首领五世**“**额尔德尼”的封号。1727年清政府设驻藏大臣代表中央政府与、班掸共同管理西藏。驻藏大臣的设置，标志着清朝中央政府对西藏管辖的加强。
蒙古族
(1)明朝：永乐年间，鞑靼和瓦刺的首领先后接受明朝封号，北方相对安定。明中期，国力衰落，为防止蒙古骑兵南下，修缮长城，加强边防驻兵，但仍没有达到目的，瓦刺骑兵曾直抵北京城下。明后期，鞑靼首领俺答汗与明朝修好。明朝封他为顺义王，恢复封贡互市。
(2)清朝：明末清初，蒙古分为漠南、漠北、漠西三部。清军入关前，漠南蒙古归属清朝，后来其他两部也都臣服清朝。17世纪中期，漠西蒙古准噶尔部噶尔丹称汗后，进攻漠北和漠南蒙古。清军与噶尔丹及其后继者进行了约七十年的斗争，终于在1757年将准噶尔贵族割据势力粉碎，统一天山北路。清朝在乌里雅苏台设将军，在科布多设参赞大臣。1771年，漠西蒙古的一支吐尔扈特部发动起义，首领渥巴锡率部回归祖国，受到乾隆帝的热情接待。
满族
(1)唐朝：唐太宗时，开始向唐朝纳贡。8世纪前期，唐政府在黑水靺鞨地区设置黑水都督府，建立了比较完整的行政机构。
(2)宋元：金与北宋联合夹击辽，1125年辽朝灭亡。之后，金军南下攻宋，1127年，金统治者俘获宋微宗和宋钦宗，北宋灭亡。南宋建立后，金军又多次南下掠夺，南宋展开了抗金斗争，1141年，双方达成了“绍兴和议”。1234年，金被蒙古所灭。
(3)明末：努尔哈赤迁都沈阳，加强对明朝的攻势，1644年，打败农民军，迁都北京。
维吾尔族
(1)唐朝：唐太宗任回纥首领为筋海都督府都督。8世纪中期，回纥首领骨力裴罗统一各部，唐玄宗册封他为怀仁可汗。安史之乱期间，回纥出兵助唐平叛。从唐肃宗开始，几次同回纥可汗和亲。
(2)清朝：1757年，居住在天山南路的团部贵族大小和卓兄弟发动叛乱。清军迅速平定此叛乱。1762年，清朝设伊犁将军，统管包括巴尔喀什湖在内的整个新疆地区。
2、古代的民族区域自治
1)、原因
①、中国在历史上长期以来就是一个集中统一的国家。实行民族区域自治制度符合中国的国情和历史传统。
②、长期以来中国的民族分布以大杂居、小聚居为主，长期的经济文化联系，形成了各民族只适宜于合作互助，而不适宜于分离的民族关系。
③、我国人口、资源分布和经济文化发展不平衡。只有实行民族区域自治制度，才有利于各民族的发展和国家的繁荣、昌盛。
④、自1840年以来，中国各民族都面临着反帝反封建、为民族解放而奋斗的共同任务和命运。在共御外敌、争取民族独立和解放的长期斗争中，中国各民族建立了休戚与共的亲密关系，形成了互相离不开的政治认同。这就为建立一个统一的新中国，并在少数民族地区实行民族区域自治奠定了坚实的政治和社会基础。
2)、表现
①、唐朝：在边疆地区设都督(护)府，任用少数民族首领担任都督(护)，对首领进行册封，承认统辖权。
②、元朝：在西南实行土司制度，任用少数民族首领担任土司长官。
③、明朝：在西藏设卫所，任用藏族人担任各级官吏，行僧官制，对教派首领进行册封。永乐年间，册封鞑靼、瓦刺首领，后期封俺答汗为顺义王。
④、清朝：册封、**，后来他们与驻藏大臣共同管理西藏。
3)、意义
以上实践证明，实行民族区域自治既符合历史的发展，又符合现实情况，有很大的优越性。
①、有助于把国家统一和少数民族自治结合起来。既维护了国家主权统一，又保障了少数民族管理本民族地区事务的权利。
②、有助于把国家的方针政策和少数民族地区的具体特点结合起来，做到因民族制宣，因地区制宜，从而有利于民族自治地区经济和社会各项事业的发展。
③、有助于把国家富强和民族繁荣结合起来。
④、有助于把各民族热爱祖国的感情和热爱本民族的感情结合起来。
3、民族关系应注意的几个问题
1)、范围
凡存在于我国境内的少数民族，既是后来与其他民族融合而消失的民族(如匈奴等)，都属于中国古代民族关系所研究的对象。
2)、关系
表现为游牧民族对中原农业民族的掠夺
匈奴与秦汉之间
突厥、回纥与唐之间
契丹、女真、党项与宋之间
蒙古与宋、明之间
金灭辽
金灭北宋
蒙古灭西夏
元灭南宋
平定民族叛乱 康熙平定噶尔丹叛乱
的战争 乾隆平定回部贵族叛乱等
反抗民族压迫的民族起义：内迁民族中的流民反抗西晋统治的起义
白登之围后，汉与匈奴长期实行和亲政策
文成公主与金城公主入藏
北宋与辽、夏边境的榷场
边境贸易 明与鞑靼边境的互市
民族间经济贸易的主要形式
会盟：民族国家双方以缔结“和约”的办法来约束双方的军事行动。如澶渊之盟
各族人民在政治、经济、文化—上的密切联系、友好往来，共同建设祖国，共同反抗阶级压迫和外来侵略，构成我国民族关系的主要内容。也正因如此，我国才得以形成一个统一的多民族国家。
当然，在阶级社会里，各个民族之间曾经有过矛盾斗争乃至战争。但它与我国民族之间彼此友好往来的事实相比，只是民族关系的次要部分。民族间的矛盾、斗争和战争，从根本上说都是各个民族统治者所挑起的。从这个角度讲，民族矛盾说到底还是阶级矛盾。由于民族矛盾、斗争的复杂性，必须具体问题具体剖析。不能都把民族斗争简单地归结为阶级斗争。
民族间的战争，只有正义、进步与否之分，即是否促进经济发展、维护国家统一、代表人民的利益，没有侵略与反侵略的性质。注意把我国历史上各民族之间的战争与我国各民族共同反对外来侵略的战争严格区别开来，前者是我国兄弟民族间内部的事情，虽有是非区别和正义非正义之分，但不能使用“侵略”与“被侵略”以及“亡国”等提法，后者是我国各族人民反抗外来侵略势力、 维护国家主权的问题，和我国各民族之间的斗争有着本质的区别。
3)、贡献
都对祖国边疆地区的开发作出了重要的贡献。我国是以汉族为主体的统一的多民族国家，祖国的历史是由各族人民共同缔造的，各民族长期共同处于一个大国之中，共同开发了广大的疆土，创造了祖国的历史和文化，由于历史的原因。
汉族在政治、经济、文化各方面都比较发达，形成主体民族。在共同的发展中，汉民族给予各兄弟民族不少进步的影响，各少数民族在经济文化方面对汉族也曾给予不同程度的影响，我们祖国的广大版图上，丰富的历史文化遗产，是各民族共同开拓、共同创造出来的，决不只是某一个民族的功劳。
族在我国多民族的国家中处于主体地位。但是，并不能因此而忽视或否认其他少数民族对祖国历史发展所作的贡献。
看待民族关系，不能站在一个民族的立场上，应该从中华民族整体的角度去剖析，对历史上一切有利于民族团结和国家统一的事件、人物给予充分的肯定和赞颂，反之要给予否定和鞭挞，坚决反对大汉族主义和狭隘的地方民族主义，历史上站在汉族封建统治立场上的史学家;对少数民族多有诬蔑之词，要注意摒弃和批判。
4)、我国古代民族关系的基本特点
①民族间政治经济发展的矛盾与统一，构成了民族关系的基本特征。中原地区是汉族分布的主要地区。这里气候温和，地势平坦，雨水充足，土地湿润，宜于农作物生长，是农耕民族理想的居住地。少数民族主要居住在东北、北方、西北、西南等周边地区。这些地方大都系高原、丘陵、大漠、森林，地域广阔，高寒、干旱，植被稀疏。生活在边疆的民族因地理环境的束缚，只能以游牧和狩猎为主要生产方式，大多为游牧民族。
②农业民族和游牧民族经济结构不同，经济发展不平衡，各民族为了发展经济，谋求生存，需要不断扩大经济往来，与其他民族进行经济交流。民族间除正常的经济交流外，因民族、地域、语言、文化等隔阂，特别是私有制社会的制约，常常不能以平等贸易方式达到目的，于是便诉诸武力，以掠夺的方式来满足经济上的要求。民族间的矛盾、战争由此发生。
③民族间的战争并不代表各族人民的意愿，而是统治者为各自的需要发动的。游牧民族对农业民族的掠夺，构成了中原王朝的“边患”。中原王朝以正统自居，对周边民族采取歧视压迫政策，用“剿”和“抚”两种手段处理民族关系。
多传感器信息融合及其应用 篇7
1 信息融合的定义与原理
多传感器信息融合(MSF)比较确切的定义可以概括为:利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程.信息融合技术最早应用于军事领域,在军事中把信息融合技术定义为一个处理探测、互联、相关、估计以及组合多源信息和数据的多层次多方面过程,以便获得准确的状态和身份估计,完整而及时的战场态势和威胁估计.在习惯上,很多文献中使用数据融合的概念,实际上在这里数据的含义已经被扩展了,不单单代表狭义上的“数据”,有时可以是信息,甚至是知识.本文将不加以区分地使用信息融合和数据融合这2个名词.
人类的大脑就是一个典型的多传感器信息融合系统.在日常生活中,大脑通过收集来自身体各个传感器(眼睛、耳朵、鼻子、四肢)的信息(景物、声音、气味、触觉),把各类信息进行组合整理,通过先验知识去估计、理解周围环境或正在发生的事情.
在现代工业和军事应用中,多传感器信息融合的基本原理就像人类大脑综合处理各类信息一样,充分利用多个传感器资源,通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用,把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行组合,以获得被测对象的一致性解释或描述,使该多传感器系统由此获得比它的各个组成部分的子集所构成的系统具有更优越的信息处理性能、稳健性和抗干扰能力.需要强调的是应用中用于多传感器信息融合的数据可能具有不同的特征:可能是实时数据,也可能是非实时数据;可能是瞬变的,也可能是缓变的;可能是模糊的,也可能是确定的;可能是相互支持或互补的,也可能是相互矛盾或竞争的.
2 多传感器信息融合的功能模型和层次
2.1多传感器信息融合的功能模型
下面介绍一个简单的多传感器信息融合系统的功能模型(如图1所示),提供一个概貌,说明通用的信息融合系统的功能组成以及各个组成之间的联系.尽管信息融合系统的结构形式多种多样,但其基本的功能原理和作用基本相同[1].
该模型有3个传感器,它们共同监视某一区域.该区域内的目标有不同的运动类型.该模型中,数据融合系统的功能主要有校准、相关、识别、估计.这些功能贯穿整个融合系统.模型的融合功能分2步完成,对应不同的信息抽象层次,第1步是低层处理,对应像素级融合和特征级融合,输出的是状态、特征和属性等;第2步是高层处理(行为估计),对应决策级融合,输出抽象结果,如威胁、企图和目的等.
2.1.1探测
传感器扫描监视区域,每扫描一次区域,传感器即将判断为目标的测量参数报告给信息融合过程.
2.1.2校准
数据校准单元的作用是统一系统内各传感器的时间和空间参考点.在实际应用中,由于各传感器采集信息的频率和通信设备的传输速率不尽相同,各传感器所处的空间位置也有所差异,造成各传感器在时间和空间上是独立的异步工作的,此时必须实现时间和空间的校准,进行时间搬移和坐标变换.多传感器时间校准的方法有泰勒展开修正法、内插外推法和虚拟融合法等,文献[2]中已经做了比较详尽的描述,这里不再赘述;文献[3]给出了空间坐标变换算法.
2.1.3相关
数据相关单元的作用是判别不同时间空间的数据是否来自同一目标.
2.1.4状态估计
状态估计又称目标跟踪.每次扫描结束时将新数据集与原有(以前扫描得到的)数据进行融合,根据传感器的观测值估计目标参数,并利用这些估计预测下一次扫描中目标的位置.
2.1.5目标识别
目标识别亦称属性分类或身份估计,用以确定目标的类别.
2.1.6行动估计
将所有目标的数据集与先前确定的可能态势的行为模式进行比较,以确定哪种行为模式与监视区域内所有目标的状态最匹配.
2.2多传感器信息融合的层次(级别)
对于多传感器信息融合的层次或级别,有着不同的看法,主要有以下3种典型的分层模型:
在文献[1]中按照数据抽象的层次,将数据融合分为3级,即像素级融合、特征级融合和决策级融合.
美国国防部的Joint Directors of Laboratories(JDL)数据融合研究小组将数据预处理后的多传感器数据融合过程划分为4个层次[4](见图2),即:1级融合:目标状态估计和属性估计;2级融合:战场态势估计;3级融合:敌方威胁估计;4级融合:处理精炼.
有的专家[5,6]则根据数据融合功能层次性和信息流通方式及传输形式,将传感器融合分为5级,即检测级融合、位置级融合、属性级融合、态势评估和威胁估计.
以上3种数据融合的分层方式虽然在表述的外在形式上有所差异,但其包括的内涵基本相同,即从各个不同角度给出了信息融合的过程:信息检测→特征提取→数据关联→态势估计.
在实际的多传感器信息融合系统工程应用中,不能生搬硬套所谓的经典理论,应具体情况具体分析,综合考虑传感器的性能、系统的计算能力、通信带宽、期望得到结果精度以及资金等各方面因素,选择以上的一种或者几种适合自己的数据融合模型予以应用.
对于多传感器信息融合技术在工程中的具体应用,将在第4节中予以介绍.
3 多传感器信息融合的技术和方法
3.1信息融合的技术
多传感器信息融合通过信号处理技术、图像处理技术、模式识别技术、估计技术以及自动推理技术等多种技术提高状态感知能力.该技术广泛用于自动目标识别、敌/我/中立方识别(IFFN)处理以及自动状态评估等应用领域,关键技术有:
·多目标跟踪的信息融合技术;
·多假定跟踪和相关技术;
·随机数据关联滤波(PDAF)技术;
·交互式复合建模(IMM)技术;
·目标机动信息处理技术;
·非线性滤波技术;
·融合结构技术(集中式结构与分布式结构);
·相似传感器融合技术(结构、算法和方法);
·不相似的传感器融合技术;
·传感器对准技术(包括各种类型的对准难题及其解决技术);
·特征融合技术(识别/分类、证明推算、专家系统、神经网络、模糊逻辑、贝斯网络等).
3.2信息融合的方法
目前信息融合有上百种算法,比较成熟的多传感器信息融合算法有:贝叶斯估计法、聚类分析法、证据理论法、熵法、鲁棒估计法、递归算子法、卡尔曼滤波法、最优理论法、加权平均法、D-S算法、代数法、品质因素法、基于模板法、计划认识法、一般专家系统法[7]等.近年来,还出现了用于信息融合的计算智能方法,主要包括:模糊集合理论、神经网络、粗集理论、小波分析理论和支持向量机等.
4 多传感器信息融合的应用
信息融合技术最早源于军事领域,但由于其巨大应用潜能和广阔的发展前景,近几十年信息融合技术在民事应用领域也得到了较快发展.
4.1信息融合技术在军事方面的应用
目前世界各主要军事大国都竞相投入大量人力、物力、财力进行数据融合方面的研究,并已经取得显著的研究成果.美、英、法、意、日等国已经研究出了上百个军用数据融合系统.典型的如美国的“全源信息分析系统”(ASAS) 、“战术陆军和空军指挥员自动情报保障”系统(LENSCE) 、“敌态势分析系统”(EN2SCS)[8];英国的“炮兵智能信息融合”系统(AIDD)、“机动和控制”系统(WAVELL)[9]、“分布式数据融合系统”;加拿大海军开发的AAWMSDF(海军防空多传感器融合系统)[10]等.
英国BAE系统公司开发的“分布式数据融合”(decentralized data fusion,DDF)系统独特之处在于它采用的是分布式数据融合[11]技术,而传统的数据融合都是集中式的,即所有的信息在一个中心节点完成综合和融合.这样,一旦中心节点遭到攻击,就会破坏整个系统.但采用DDF技术的系统就不存在这样的问题,因为综合和融合是在网络中的任何节点上进行的.若一个节点脱离网络,其他部分仍会继续工作并共享、综合和融合信息.
BAE系统公司已成功验证了将地面和空中的分散传感器组网互联并融合其信息的技术.使传感器网络中的全部数据都被实时地综合和融合到了1幅单一的作战空间态势图中.该公司在试验中成功地在8个节点之间进行了组网互联.这8个节点包括2架自主式UAV、1台战场监视雷达、1台武器定位雷达、2名带有电子式双眼望远镜及掌上电脑的士兵和2名乘坐吉普车在试验场上机动的士兵.整个网络可以动态地进行重新布局.一旦武器定位雷达检测到“敌”火炮开火,自主式UAV可立刻得到相关信息,并迅速飞往有关区域进行调查;战场侦察雷达可跟踪地面机动目标,即使该目标离开了视线,该雷达仍可对目标保持“虚拟跟踪”或“虚拟警戒”,一旦某架UAV飞越了一个不同的传感器,它将把该传感器引入这个网络,从而使单一态势图中的信息更为完备和准确.
4.2信息融合技术在民事方面的应用
经过几十年的发展,信息融合技术在民用领域已经有着广泛的应用前景,主要用于目标识别、智能交通、物体跟踪、工业机器人、故障诊断、反馈控制等领域[12].下面仅以汽车自动无人驾驶为例说明信息融合技术在民事方面的应用.
汽车自动无人驾驶控制系统,该系统由差分全球定位系统(DGPS)、惯性传感器(INS)、数字地图(DM)、立体图像传感器(SVS)、激光探测器(LS)和雷达(Radar)系统组成.其中差分全球定位系统、惯性传感器、数字地图是用来确定汽车行驶地理位置和方向,并检测路面的几何形状;图像传感器主要识别和跟踪汽车行驶路面边缘;激光探测器和雷达完成汽车行驶过程中路况和前方障碍物等信息的检测.系统将各传感器输出的信号通过卡尔曼滤波后进行信息融合,从而得到汽车行驶路面的情况,通过控制机构实现汽车自动无人驾驶[13].在自动驾驶系统中识别障碍物的算法结构如图3所示.
采用CLARK(Combined Likelihood Adding Radar)算法进行精确测量障碍物位置和道路状况,CLARK算法使用视觉图像的对比度和颜色信息探测目标,使用矩形模板法识别目标.CLARK算法首先对雷达信号进行卡尔曼滤波,以剔除传感器输出的强干扰,其状态方程和观测方程如下
式中,R(t)为前方障碍的真实距离(未知);undefined是其速度(未知);D(t)为距离观测值;△t为2次观测的间隔时间;w(t)和v(t)为高斯噪声.给定D(t),由卡尔曼滤波器估计R(t)和undefined的值,并把估计值undefined作为距离输入值,使用undefined和D(t)的差值确定所用矩形模板的偏差.
在探测到障碍后,CLARK算法将这些信息整合到道路探测算法LOIS(Likelihood of Image Shape)中,使用七维参数探测法(三维用于障碍,四维用于道路),同时给出障碍和道路预测的最好结果.其公式为
undefined
式中,Tb、Tl、Tw为相平面内矩形模板的底部位置、左边界和宽度的3个变形参数;[xr(t), xc(t)]为变形模板相平面的中心;[yr(t), yc(t)]为雷达探测并经卡尔曼滤波的障碍在相平面的位置.将地平面压缩变换为相平面,σr2(t)为undefined的实时估计,σc2(t)为相平面内一个路宽的值(3.2 m),tan-1的压缩比率在相平面内不小于Tmin(路宽的一半),不大于Tmax(路宽).通过求解式(2)后验证P(k′,b′left,b′right,vp,Tb,Tl,Tw|[yr(t),yc(t)],Observed Image)的最大值获得障碍和道路目标.
本例很好地应用了文献[1]的分层模型,即图像传感器完成像素级融合、激光探测器和雷达完成特征级融合,最后实现无人驾驶,则属于决策级融合.
随着数据融合技术的日渐成熟,其在军用、民用方面的界限变得越来越模糊,一些民用中好的数据融合算法也可以应用到军用中去,同时一些军用的数据融合算法又促进了民用数据融合技术的发展.
5 结束语
目前多传感器信息融合技术尚处于不断发展变化阶段,随着理论研究的进展和工业技术的发展,可以预计多传感器信息融合技术将在以下几个方面取得进展:
(1)完善信息融合的基础理论,建立统一的信息融合领域,研究并完善实用的信息融合算法分类,并统一信息融合分层方法;
(2)改进信息融合算法,在完善原有算法的基础上充分吸收其他学科、领域的最新研究成果,研究适于在并行机上处理的融合算法;
(3)建立多传感器信息融合评价体系.